Водные диспергируемые силоксансодержащие полимерные чернила, применимые для печати
Изобретение относится к водным чернилам для систем цифровой печати. Описывается композиция чернил для офсетной печати с переменными данными, включающая наночастицы вододиспергируемого силоксансодержащего полимера или смеси полимеров. Содержание твердой фазы в чернилах составляет более 25 мас.%. Чернила имеют вязкость от 10 до около 1000000 сП при 25 °С или в диапазоне от 20 до 50°С, поверхностное натяжение от 15 до 40 дин/см при 25°С или в диапазоне от 20 до 50°С. Изобретение обеспечивает повышение качества печати и равномерности окраски на различных субстратах, образование тонких слоев изображения при улучшенной способности чернил к смачиванию гидрофобных поверхностей и к переносу с промежуточного элемента на субстрат. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 1 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к чернилам для печати изображений на субстратах, таких как бумага, пластмасса, металл или другие подходящие для печатания материалы. В частности, настоящее изобретение относится к силоксансодержащим водным диспергируемым полимерным чернилам, особенно подходящим для применения в системах цифровой печати на основе чернил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Как было обнаружено, струйная печать традиционными водными термочернилами или пьезо водные чернила вызывают морщинистость, скручивание и/или просвечивание, которое можно легко увидеть при печатании на обыкновенной бумаге, особенно когда количество воды в чернилах превышает 50% по массе. Кроме того, печатание на беспористом субстрате требует специализированных рецептур печатных чернил с включением связующих веществ и системы сушки, которые часто ограничивают скорость печати и увеличивают стоимость печатных изданий.
[0003] Для расширения возможности применения водных чернил для печати было использовано несколько подходов, в том числе применение гидрофобного и/или коагулирующего подслоя на субстрате. Использование подслоев увеличивает стоимость и сложность печатающей системы и не подходит для повсеместного применения ко всем типам субстратов, включая обыкновенную и мелованную бумагу.
[0004] Системы цифровой офсетной печати требуют применения чернил офсетного типа, которые специально разработаны и оптимизированы для обеспечения совместимости с различными подсистемами, в том числе, системой подачи чернил и лазерной системой формирования изображения, что позволяет добиться высококачественной печати при высокой скорости. Соответствующие чернила для рисования растворимы в увлажняющей жидкости, такой как октаметилциклотетрасилоксан, могут вызвать появление фона изображения, дорого стоят и предоставляют узкое пространство проектных параметров.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Существует потребность в составе чернил на водной основе, разработанных для обеспечения улучшенного качества печати на различных субстратах. Также существует потребность в улучшенных чернилах, которые не требуют перемешивания при стоянии и способны образовывать пленки при минимальном нагревании субстрата, на котором они напечатаны. Кроме того, существует потребность в полиграфической технологии, обеспечивающей отличные характеристики печати на различных субстратах при низкой стоимости изготовления чернил.
[0006] Предложены водные чернила с высоким содержанием твердой фазы (больше 25%), содержащие диспергируемые полимеры или смеси полимеров в виде наноразмерных частиц. Чернила на водной основе позволяют снизить стоимость чернил и расширить диапазоны рыночного применения, тогда как наноразмерные частицы способны обеспечить высокое качество изображения, тонкие слои изображения и улучшить переносимость при применении промежуточного валика или ленты. Диспергируемые полимеры чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения сами коагулируют с образованием прочной пленки при высыхании.
[0007] Водные чернила преимущественны по меньшей мере потому, что они рентабельны, как правило, не разрушают компонентов печатающих систем, таких как поверхность формирующего изображение элемента, и по своей природе нерастворимы в увлажняющей жидкости, такой как октаметилциклотетрасилоксан. Предложены чернила, которые являются высоковязкими, характеризуются низким содержанием воды (менее 60%). Указанные чернила получают согласно вариантам реализации настоящего изобретения и включают диспергируемые силоксансодержащие полимеры в виде наноразмерных частиц. Наноразмерные диспергируемые полимеры обеспечивают высокую скорость печати, высокие показатели качества изображения, образование тонких слоев изображения и улучшенную переносимость.
[0008] Было обнаружено, что диспергируемые полимеры образуют прочную пленку при высыхании. Как было обнаружено, введение силоксановых компонентов в диспергируемые полимеры улучшает способность к переносу и смачивающую способность гидрофобных поверхностей. Улучшенная смачивающая способность позволяет уменьшить потребность в красящих добавках, которые могут вызвать набухание материала поверхности, на который нанесен слой чернила.
[0009] Согласно одному из вариантов реализации изобретения состав чернила для процесса офсетной печати переменных данных, в котором используют промежуточный субстрат, может содержать наноразмерный полимер или смесь наноразмерных полимеров, при этом указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, являются вододиспергируемыми, причем указанный полимер или полимер из указанной смеси содержит силоксановый мономер; и общее содержание твердой фазы составляет примерно 25% или больше. Согласно одному из вариантов реализации изобретения общее содержание твердой фазы может составлять от примерно 25% до примерно 50%. Согласно другому варианту реализации изобретения общее содержание твердой фазы может составлять больше 50%.
[0010] Согласно одному из вариантов реализации изобретения полимерная смесь может содержать силоксановый мономер и один или более компонентов, выбранных из группы, включающей сульфированный стирол, стирол, сложный сульфированный полиэфир, сложный полиэфир карбоновой кислоты, сложный полиэфир, сульфированный стирол, стирол, гликоли, многофункциональные гликоли, спирты, многофункциональные спирты, кислоты и соли. Согласно одному из вариантов реализации изобретения молекулярная масса полимера или полимеров полимерной смеси может составлять от 5000 до 20000.
[0011] Согласно одному из вариантов реализации изобретения указанный полимер или полимеры из указанной полимерной смеси могут содержать часть, которая растворима в воде в количестве менее 10% и растворима в неводном жидком носителе в количестве менее 30%, при температуре от 20 до 50 градусов Цельсия. Согласно одному из вариантов реализации изобретения наноразмерный указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, могут содержать ненасыщенную функциональную группу, присутствующую в количестве от 5% по массе до 15% по массе. Согласно варианту реализации изобретения указанный полимер или полимер из указанной полимерной смеси содержит ненасыщенную функциональную группу.
[0012] Согласно одному из вариантов реализации изобретения состав чернил может содержать совместный растворитель, поверхностное натяжение которого составляет от примерно 15 дин/см до примерно 30 дин/см, выбранный из группы, включающей спирты, гликоли, алкилпирролидиноны, изопропанол, кетоны, выбранные из группы, состоящей в основном из метилэтилкетона, аминоспирта и ДМСО. Согласно одному из вариантов реализации изобретения размер наноразмерных полимеров может составлять менее 1 микрона, или менее 500 нм, или менее 200 нм, или менее 20 нм, или смеси наночастиц образуют бимодальное или тримодальное распределения. Согласно одному из вариантов реализации изобретения твердая фаза чернил может содержать одно вещество или смеси следующих веществ: наноразмерную полимерную смолу, неорганические частицы, кремнезем, пигмент, соли, антисептик, буфер или смачивающий реагент. Согласно одному из вариантов реализации изобретения состав чернила может содержать самодиспергирующийся пигмент с размером частиц от 5 до 200 нм, при этом указанный пигмент химически модифицирован или инкапсулирован в смоле.
[0013] Согласно одному из вариантов реализации изобретения состав чернил может содержать твердую фазу, в том числе смолу, инкапсулирующую самодиспергирующийся пигмент, образующий наноразмерный полимер. Согласно другому варианту реализации изобретения состав чернил может содержать поверхностно-активное вещество. Смола, применяемая для инкапсулирования пигмента, может составлять от 9 процентов до 66 процентов относительно общей массы пигмента и инкапсулирующей смолы.
[0014] Согласно одному из вариантов реализации изобретения состав чернил может содержать чернила с вязкостью от примерно 10 сантипуаз до примерно 1000000 сантипуаз в диапазоне температур от 20 градусов Цельсия до 50 градусов Цельсия. Согласно другому варианту реализации изобретения состав чернил может содержать чернила, вязкость которых после снижения от 0 до 80 процентов жидкого носителя составляет от 10000 сантипуаз до 1000000000 сантипуаз при температурах от 10 градусов Цельсия до примерно 90 градусов Цельсия.
[0015] Согласно одному из вариантов реализации изобретения критическая температура фазового расслоения полимера или полимерной смеси может составлять от примерно 50 градусов Цельсия до примерно 90 градусов Цельсия. Согласно одному из вариантов реализации изобретения поверхностное натяжение чернил составляет от 15 до 40 дин/см при температуре 25 градусов С или находится в диапазоне температур от 20 до 50 градусов С. Согласно одному из вариантов реализации изобретения диапазон плотности чернил составляет от примерно 0,95 до 1,3 или от 1,1 и 1,2 г/мл.
[0016] Согласно одному из вариантов реализации изобретения способы печати, в которых используют силоксансодержащие чернила с высоким содержанием твердой фазы, могут включать нанесение чернил, содержащих наноразмерный полимер или смесь наноразмерных полимеров, на промежуточный элемент переноса, при этом указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, являются вододиспергируемыми, причем указанный полимер или полимер из указанной смеси содержит силоксановый мономер; и содержание твердой фазы составляет от примерно 25% до примерно 50% по массе. Согласно одному из вариантов реализации изобретения способы могут включать промежуточный элемент переноса, поверхностное натяжение которого составляет от примерно 18 дин/см до примерно 25 дин/см. Согласно одному из вариантов реализации изобретения промежуточный элемент переноса может иметь поверхность, содержащую силикон или фторсиликон.
[0017] Согласно одному из вариантов реализации изобретения способы могут включать нанесение чернил при температуре чернил выше верхней критической температуры фазового расслоения, составляющей от примерно 30 градусов Цельсия до примерно 50 градусов Цельсия; охлаждение чернил на промежуточном элементе переноса; и перенос чернил от промежуточного элемента переноса на подходящий для печати субстрат. Согласно одному из вариантов реализации изобретения нанесение может дополнительно включать получение тонкой пленки с поверхностным натяжением от примерно 20 дин/см до примерно 30 дин/см.
[0018] В настоящей заявке описаны типичные варианты реализации изобретения. Однако предполагают, что любая система, проявляющая свойства систем, описанных в настоящей заявке, включена в объем и сущность типичных вариантов реализации изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0019] На фиг. 1 показано графическое представление в боковой проекции системы цифровой печати чернилами уровня техники, с которой можно использовать силоксансодержащие чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения в способах согласно вариантам реализации настоящего изобретения;
[0020] На фиг. 2 показана формула смолы, содержащей сложный сульфированный полиэфир и силоксан, для чернил согласно типичному варианту реализации изобретения.
[0021] На фиг. 3 показаны способы печати с применением силоксансодержащих чернил с высоким содержанием твердой фазы согласно вариантам реализации настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0022] Полагают, что типичные варианты реализации изобретения охватывают все альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, которые могут быть включены в сущность и объем устройства и систем, описанных в настоящей заявке.
[0023] Модификатор «примерно», применяемый в связи с количеством, включает заявленную величину и имеет значение, обусловленное контекстом (например, такой модификатор включает по меньшей мере долю погрешности, связанную с измерением конкретного количества). При применении конкретного значения указанный модификатор также следует рассматривать как раскрывающий такое значение.
[0024] Для лучшего понимания чернил, способов и систем согласно вариантам реализации настоящего изобретения сделана ссылка на чертежи. На чертежах одинаковые позиционные обозначения применяют по всему описанию для обозначения похожих или идентичных элементов.
[0025] Водные чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения подходят для цифровой печати на основе чернил. «Литографская печать переменных данных» или «цифровая печать на основе чернил» или «цифровая офсетная печать» представляет собой литографскую печать переменных данных в виде изображения для получения изображений на субстрате, которые поддаются изменениям при каждой последующей визуализации изображения на субстрате в процессе формирования изображения. «Литографская печать переменных данных» включает офсетную печать красочных изображений с применением литографских чернил, при этом указанные изображения основаны на данных в виде цифрового изображения, которые могут меняться от изображения к изображению. При цифровой печати на основе чернил используют систему для литографской печати переменных данных или систему цифровой офсетной печати. «Система для литографской печати переменных данных» представляет собой систему, выполненную с возможностью литографской печати с применением литографских чернил и основанную на данных в виде цифрового изображения, которые могут меняться от одного изображения к следующему.
[0026] В качестве примера, в настоящей заявке описана система цифровой печати чернилами, оборудованная подсистемой подачи чернил с помощью анилоксового валика, подходящая для применения с чернилами согласно вариантам реализации настоящего изобретения. В заявке на патент США №13/095714 («заявка 714»), озаглавленной «Variable Data Lithography System» и поданной 27 апреля 2011 года Stowe с соавторами, которая принадлежит одному и тому же правообладателю и описание которой, тем самым, в полном объеме включено в настоящую заявку посредством ссылки, описана типичная система 100 для литографской печати переменных данных, подходящая для цифровой печати на основе чернили показанная на фиг. 1. Общее описание типичной системы 100, показанной на фиг. 1, приведено ниже. Дополнительные подробности в отношении отдельных компонентов и/или подсистем, показанных в типичной системе 100 на фиг. 1, можно найти в заявке 714.
[0027] Как показано на фиг. 1, типичная система 100 может содержать формирующий изображение элемент 110. Формирующий изображение элемент 110 согласно варианту реализации изобретения, показанному на фиг. 1, представляет собой цилиндр, но такое типичное изображение не следует интерпретировать как исключающее варианты реализации изобретения, в которых формирующий изображение элемент 110 имеет форму цилиндра, пластины или ленты или другой известной в настоящее время или разработанной впоследствии конфигурации. Способную к повторному воспроизведению изображения поверхность можно сформировать из материалов, включающих, например, класс материалов, обычно называемых силиконами, в том числе, помимо прочего, полидиметилсилоксаны (PDMS). Например, можно использовать силикон, фторсиликон и/или VITON. Способную к повторному воспроизведению изображения поверхность можно сформировать из сравнительно тонкого слоя, нанесенного поверх опорного слоя, при этом толщину сравнительно тонкого слоя выбирают таким образом, чтобы сбалансировать характеристики печати или разметки, срок службы и технологичность.
[0028] Формирующий изображение элемент 110 применяют для нанесения красочного изображения на воспринимающую изображение субстрат-носитель 114 в зоне переноса 112. Зона переноса 112 образована прижимным валиком 118 как часть механизма переноса изображения 160, оказывающего давление в направлении формирующего изображение элемента 110. Принимающий изображение субстрат-носитель 114 не следует рассматривать как ограниченную каким-либо конкретным составом, таким как, например, бумага, пластмасса или композиционная листовая пленка. Типичную систему 100 можно использовать для получения изображений на самых разнообразных принимающих изображение субстратах-носителях. В заявке 714 также описаны широкие возможности разметочных (печатных) материалов, которые можно использовать, включая разметочные материалы, концентрации пигмента в которых составляют больше 10% по массе. Как и в заявке 714, в настоящем описании будут использовать термин чернила, который относится к широкому ряду печатных или разметочных материалов и включает материалы, под которыми обычно понимают чернила, пигменты и другие материалы, которые можно использовать в типичной системе 100 для получения выходного изображения на принимающем изображение субстрате-носителе 114.
[0029] В заявке 714 приведены чертежи и описаны детали формирующего изображение элемента 110, в том числе элемента 110, состоящего из способного к повторному воспроизведению изображения поверхностного слоя, сформированного поверх структурного опорного слоя, который может представлять собой, например, цилиндрический стержень, или поверх одного или более структурных слоев, расположенных поверх цилиндрического стержня.
[0030] Типичная система 100 включает систему 120 подачи увлажняющей жидкости, как правило, содержащую серию валиков, которые можно рассматривать как увлажняющие валики или увлажняющее устройство, для равномерного смачивания увлажняющей жидкостью способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110. Цель системы 120 подачи увлажняющей жидкости состоит в доставке слоя увлажняющей жидкости, обычно имеющего одинаковую и контролируемую толщину, к способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110. Как указано выше, известно, что увлажняющая жидкость, такая как увлажняющий раствор, может содержать главным образом воду, возможно с небольшими количествами изопропилового спирта или этанола, добавленными для уменьшения поверхностного натяжения, а также для понижения энергии испарения, необходимой для поддержания последующего лазерного формирования рисунка, как более подробно будет описано ниже. Кроме того, в увлажняющий раствор можно добавить небольшие количества некоторых поверхностно-активных веществ. Согласно альтернативному варианту реализации изобретения для повышения эффективности работы цифровых литографских систем на основе чернил можно использовать другие подходящие увлажняющие жидкости. Типичные увлажняющие жидкости включают воду, Novec 7600 (1,1,1,2,3,3-гексафтор-4-(1,1,2,3,3,3-гексафторпропокси)пентан, имеющий CAS# 870778-34-0.) и D4 (октаметилциклотетрасилоксан). Описаны и другие подходящие увлажняющие жидкости, например, в находящейся в процессе одновременного рассмотрения заявке на патент США 13/284114, поданной 28 октября 2011 года и озаглавленной «Dampening Fluid for Digital Lithographic Printing», описание которой, тем самым, включено в полном объеме в настоящую заявку посредством ссылки.
[0031] После того, как отмеренное количество увлажняющей жидкости наносят на способную к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента 110, толщину увлажняющей жидкости можно измерить с помощью датчика 125, который может обеспечить обратную связь для регулирования дозирования увлажняющей жидкости на способную к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента 110 с помощью системы 120 подачи увлажняющей жидкости.
[0032] После нанесения точного и одинакового количества увлажняющей жидкости с помощью системы 120 подачи увлажняющей жидкости на способную к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента 110 можно использовать подсистему 130 формирования рисунка методом фотолитографии для выборочного получения скрытого изображения в равномерном слое увлажняющей жидкости путем нанесения рисунка по изображению на слой увлажняющей жидкости, используя, например, лазерную энергию. Как правило, увлажняющая жидкость не поглощает эффективно оптическую энергию (ИК или видимую). Способная к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента 110 в идеальном случае должна поглощать большую часть лазерной энергии, (видимой или невидимой, такой как ИК), излучаемой из подсистемы 130 формирования рисунка методом фотолитографии, расположенной вблизи поверхности для минимизирования энергии, теряемой при нагревании увлажняющей жидкости, и для минимизирования бокового рассеяния тепла для поддержания высокой пространственной разрешающей способности. Согласно альтернативному варианту реализации изобретения в увлажняющую жидкость можно добавить подходящий радиационно-чувствительный компонент, чтобы способствовать поглощению падающей излучаемой энергии лазера. Хотя, как описано выше, подсистема 130 формирования рисунка методом фотолитографии представляет собой лазерный излучатель, понятно, что для доставки оптической энергии для формирования изображения увлажняющей жидкости можно использовать различные другие системы.
[0033] В заявке 714 со ссылкой на фиг. 5 подробно описаны принципы работы в действии в процессе формирования рисунка, выполняемом подсистемой 130 формирования рисунка методом фотолитографии в типичной системе 100. Вкратце, применение энергии формирования рисунка методом фотолитографии, получаемой из подсистемы 130 формирования рисунка методом фотолитографии, приводит к селективному удалению частей слоя увлажняющей жидкости.
[0034] После формирования рисунка на слое увлажняющей жидкости с помощью подсистемы 130 формирования рисунка методом фотолитографии, слой с сформированным рисунком, расположенный поверх способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110, передают подсистеме валиков и цилиндров 140. Подсистему валиков и цилиндров 140 применяют для нанесения равномерного слоя чернил поверх слоя увлажняющей жидкости и способного к повторному воспроизведению изображения поверхностного слоя формирующего изображение элемента 110. В подсистеме валиков и цилиндров 140 можно использовать анилоксовый валик для дозирования офсетной литографской чернила на один или более красящие формующие валики, которые находятся в контакте со способным к повторному воспроизведению изображения поверхностным слоем формирующего изображение элемента 110. Отдельно, подсистема валиков и цилиндров 140 может содержать другие традиционные элементы, такие как ряд дозирующих валиков для обеспечения точной скорости подачи чернил на способную к повторному воспроизведению изображения поверхность. Подсистема валиков и цилиндров 140 позволяет наносить чернила на участки, представляющие собой содержащие изображение части способной к повторному воспроизведению изображения поверхности, тогда как чернила на неформатированных частях увлажняющей жидкости не будут приклеиваться к указанным частям.
[0035] Когезионную способность и вязкость чернил, находящихся в способном к повторному воспроизведению изображения слое формирующего изображение элемента 110 можно изменить с помощью нескольких механизмов. Один из таких механизмов может включать применение подсистемы реологического контроля 150 (контроля комплексного вязкоупругого модуля). Подсистема реологического контроля 150 позволяет сформировать частично сшивающее ядро чернил на способной к повторному воспроизведению изображения поверхности, например, для увеличения когезионной прочности чернил по отношению к способному к повторному воспроизведению изображения поверхностному слою. Механизмы отверждения могут включать оптическое отверждение или фотоотверждение, тепловое отверждение, сушку или различные формы химического отверждения. Охлаждение можно использовать для изменения реологических характеристик, в том числе с помощью многочисленных физических механизмов охлаждения, а также с помощью химического охлаждения.
[0036] Затем чернила переносят от способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110 на принимающий изображение субстрат-носитель 114, используя переносящую подсистему 160. Перенос происходит, когда субстрат 114 проходит через зону переноса 112 между формирующим изображение элементом 110 и прижимным валиком 118, так что чернила внутри пустот способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110 приходят в физический контакт с субстратом 114. Поскольку адгезионные свойства чернил были изменены с помощью подсистемы реологического контроля 150, модифицированные адгезионные свойства чернил вызывают приклеивание чернил к субстрату 114 и отделение ее от способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110. Тщательное регулирование температурных условий и давления в зоне переноса 112 позволяет обеспечить эффективность переноса чернил от способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110 к субстрату 114, превышающей 95%. Хотя вполне возможно, что некоторое количество увлажняющей жидкости может также увлажнить субстрат 114, объем такой увлажняющей жидкости будет минимальным, и она будет быстро испаряться или абсорбироваться субстратом 114.
[0037] Следует иметь в виду, что в некоторых офсетных литографских системах офсетный валик, не показанный на фиг. 1, может сначала принимать красочное изображение и затем переносить указанное красочное изображения на субстрат согласно известному способу косвенного переноса. После переноса большей части чернил на субстрат 114, любые остаточные чернила и/или остаточную увлажняющую жидкость следует удалить со способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110, предпочтительно, без соскабливания или износа указанной поверхности. Для удаления остаточной увлажняющей жидкости можно использовать воздушный ракель. Однако предполагают, что некоторое количество остатка чернил может остаться. Удаление такого остатка оставшихся чернила можно осуществить путем применения определенной формы подсистемы очистки 170. В заявке 714 подробно описана такая подсистема очистки 170, содержащая по меньшей мере первый элемент очистки, такой как клейкий или липкий элемент, находящийся в физическом контакте со способной к повторному воспроизведению изображения поверхностью формирующего изображение элемента 110, при этом клейкий или липкий элемент удаляет остаточных чернила и любые оставшиеся небольшие количества поверхностно-активных соединений из увлажняющей жидкости, находящейся на способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110. Затем клейкий или липкий элемент можно привести в контакт с гладким валиком, на который остаточные чернила могут быть перенесены с клейкого или липкого элемента, при этом чернила по существу снимают с гладкого валика с помощью, например, скребка-лопатки.
[0038] В заявке 714 подробно описаны другие механизмы, с помощью которых можно облегчить очистку способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110. Однако независимо от механизма очистки, очистка остаточных чернил и увлажняющей жидкости со способной к повторному воспроизведению изображения поверхности формирующего изображение элемента 110 является необходимой для предотвращения появления в предложенной системе посторонних изображений. После очистки способную к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента 110 снова передают системе подачи увлажняющей жидкости 120, с помощью которой свежий слой увлажняющей жидкости наносят на способную к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента 110 и описанный выше процесс повторяют.
[0039] Способная к повторному воспроизведению изображения поверхность формирующего изображение элемента может содержать полимерный эластомер, такой как силиконовый каучук и/или фторсиликоновый каучук. Термин "силикон" хорошо известен в данной области техники и относится к полиорганосилоксанам, главная цепь которых образована атомами кремния и кислорода, а боковые цепи содержат атомы углерода и водорода. Также понятно, что для целей настоящей заявки термин "силикон" исключает силоксаны, содержащие атомы фтора, тогда как применяемый термин "фторсиликон" включает класс силоксанов, содержащих атомы фтора. В силиконовом каучуке могут присутствовать и другие атомы, например, атомы азота в аминогруппах, которые применяют для связывания силоксановых цепей при сшивании. Боковые цепи полиорганосилоксана могут также представлять собой алкильные или арильные группы.
[0040] Как описано выше, чернила, которые подходят для цифровой офсетной печати на основе чернил, должны обладать физическими и химическими свойствами, которые соответствуют специальным требованиям, предъявляемым к системам цифровой печати на основе чернил, таким как система, показанная на фиг. 1. Чернила должны быть совместимы с материалами, с которыми она вступает в контакт, включая формирующую изображение пластину и увлажняющую жидкость, и подходящие для печати субстраты, такие как бумага, металл или пластмасса. Чернила также должны соответствовать всем функциональным требованиям подсистем, налагаемым смачивающими свойствами и свойствами переноса изображения, которые определяются архитектурой подсистемы и наборами материалов.
[0041] Чернила, изготавливаемые для цифровой печати, или цифровые офсетные чернила, во многих отношениях отличаются от других чернил, разработанных для печати, включая окрашенные пигментами растворители, УФ гелевые чернила и другие чернила. Например, цифровые офсетные чернила содержат гораздо больше пигмента и, следовательно, имеют более высокую вязкость при комнатной температуре, чем другие чернила, что может затруднить подачу чернил посредством системы с анилоксовым валиком. Цифровые офсетные чернила не должны вызывать набухание поверхности формирующего изображение элемента и должны быть совместимы с характеристиками увлажняющей жидкости. Смывающиеся водой и разбавляемые водой чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения включают цифровые офсетные акрилатные чернила, удовлетворяющие указанным требованиям.
[0042] Цифровые офсетные чернила согласно вариантам реализации водосодержащих чернил преимущественно имеют гораздо более низкую растворимость в увлажняющей жидкости, такой как D4, чем чернила уровня техники. Кроме того, цифровые офсетные чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения обычно не вызывают набухание силиконсодержащего поверхностного слоя формирующего изображение элемента, применяемого в системах цифровой печати чернилами, таких как система, показанная на фиг. 1, которая может представлять собой формирующее изображение пластину или полотно, содержащее силикон, фторсиликон или VITON.
[0043] Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения представляет собой диспергируемые полимерные чернила, имеющие высокое содержание твердой фазы, составляющее, например, больше 25 процентов, и низкое содержание воды, составляющее менее 75 процентов. Например, состав чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения содержит воду в количестве менее 60% и может содержать наноразмерные частицы, представляющие собой полимеры и/или полимерные смеси. Водные чернила позволяют минимизировать стоимость изготовления чернил и являются предпочтительными для некоторых потребителей благодаря их низкой токсичности и расширенным диапазонам рыночного применения, тогда как наноразмерные частицы способны обеспечить высокое качество изображения, тонкие слои изображения и улучшить переносимость.
[0044] Твердая фаза, %, в составе чернил может состоять из одного вещества или смеси следующих веществ: наноразмерной полимерной смолы, неорганических частиц, кремнезема, пигмента, солей, антисептика, буфера или смачивающего реагента. Нагрузка по содержанию твердой фазы в чернилах согласно вариантам реализации изобретения может предпочтительно составлять от больше 25% до примерно 50% или больше 50% согласно другим вариантам реализации изобретения.
[0045] Диспергируемые наноразмерные полимеры, входящие в состав чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения, включают полимеры, которые слипаются сами с образованием прочной пленки при высыхании. Типичные полимеры включают: сложный полиэфир, полистирол, сульфированный полистирол, сложный сульфированный полиэфир, полиуретановые эластомеры и полимерные смеси.
[0046] Диспергируемые полимерные чернила по существу не содержат поверхностно-активное вещество, по существу не содержат диспергирующий агент и не подвергаются эмульгированию с образованием эмульсии. Полимерные чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут содержать наноразмерный полимер или смесь наноразмерных полимеров и являются вододиспергируемыми в диапазоне температур от 20 до 50 градусов Цельсия. Температурный диапазон для литографской печати находится в таком диапазоне температур. Часть, менее 10 процентов, наноразмерного полимера может быть растворима в составе чернил в диапазоне температур от 20 до 50 градусов Цельсия.
[0047] Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения включают чернила с низким содержанием воды, обладающие предпочтительными смачивающими свойствами при переносе на промежуточный элемент переноса. Согласно типичному варианту реализации изобретения критическое поверхностное натяжение поверхности элемента переноса может составлять от примерно 18 дин/см до примерно 25 дин/см. Типичные материалы поверхности могут содержать силикон (24 дин/см) и фторсиликон (19-24 дин/см) или фторэластомер (24-34 дин/см). Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения включают чернила с низким содержанием воды, содержащие, помимо воды, по меньшей мере один совместный растворитель с поверхностным натяжением от примерно 15 дин/см до примерно 30 дин/см. Типичные совместные растворители включают изопропанол или подобные спирты (22-23 дин/см), метилэтилкетон (23-25 дин/см) и ДМСО (25 дин/см). Хотя указанные примеры подходят для чернил, применяемых, например, для печати при комнатной температуре, также могут подходить и другие совместные растворители, применяемые при более высоких температурах, если, например, чернила нагревают для ускорения испарения воды на промежуточном элементе или центральном формирующем изображение элементе системы цифровой печати чернилами. Другие примеры совместных растворителей включают гликоли, алкилпирролидиноны и аминоспирты.
[0048] Способы печати чернилами согласно вариантам реализации настоящего изобретения, обладающими усиленными смачивающими свойствами/антиадгезионными свойствами (release properties), могут включать нанесение чернил с низким содержанием воды на промежуточный элемент или центральный формирующий изображение элемент, имеющий, например, фторсиликоновую поверхность. Поверхностное натяжение чернила можно регулировать в динамическом режиме путем применения твердого поверхностно-активного вещества или маленькой концентрации жидкого поверхностно-активного вещества.
[0049] Примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают ионные поверхностно-активные вещества, анионные поверхностно-активные вещества, катионные поверхностно-активные вещества, неионогенные поверхностно-активные вещества, цвиттер-ионные поверхностно-активные вещества и т.п., а также их смеси. Примеры подходящих поверхностно-активных веществ включают алкилполиэтиленоксиды, алкилфенилполиэтиленоксиды, блок-сополимеры полиэтиленоксида, ацетиленовые полиэтиленоксиды, (ди)эфиры полиэтиленоксида, полиэтиленоксид амины, протонированные полиэтиленоксид амины, протонированные полиэтиленоксид амиды, полидиметилсилоксан сополиолы, замещенные аминоксиды и т.п., при этом конкретные примеры включают соединения первичных, вторичных и третичных солей амина, такие как соли соляной кислоты, соли уксусной кислоты лауриламина, амин жирных кислот кокосового масла, стеариламин, амин канифоли; соединении типа четверичных солей аммония, такие как хлорид лаурилтриметиламмония, хлорид цетилтриметиламмония, хлорид бензилтрибутиламмония, бензалконий хлорид и т.п.; соединения типа солей пиридиния, такие как хлорид цетилпиридиния, бромид цетилпиридиния и т.п.; неионогенное поверхностно-активное вещество, такое как простые алкиловые эфиры полиоксиэтилена, сложные алкиловые эфиры полиоксиэтилена, спирты ацетиленового ряда, гликоли ацетиленового ряда; и другие поверхностно-активные вещества, такие как 2-гептадеценилгидроксиэтилимидазолин, дигидроксиэтилстеариламин, стеарилдиметилбетаин и лаурилдигидроксиэтилбетаин; фторсодержащие поверхностно-активные вещества; и т.п., а также их смеси. Дополнительные примеры неионогенных поверхностно-активных веществ включают полиакриловую кислоту, металозу, метилцеллюлозу, этилцеллюлозу, пропилцеллюлозу, гидроксиэтилцеллюлозу, карбоксиметилцеллюлозу, цетиловый эфир полиоксиэтилена, лауриловый эфир полиоксиэтилена, октиловый эфир полиоксиэтилена, октилфениловый эфир полиоксиэтилена, олеиловый эфир полиоксиэтилена, сорбитанмонолаурат полиоксиэтилена, стеариловый эфир полиоксиэтилена, нонилфениловый эфир полиоксиэтилена, диалкилфенокси поли(этиленокси) этанол, которые можно приобрести в компании Rhone-Poulenc как IGEPAL СА-210™ IGEPAL СА-520™, IGEPAL СА-720™, IGEPAL СО-890™, IGEPAL С0-720™, IGEPAL С0-290™, IGEPAL СА-21OTM, ANTAROX 890™ и ANTAROX 897™. Другие примеры подходящих неионогенных поверхностно-активных веществ включают блок-сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида, в том числе соединения, коммерчески доступные как SYNPERONIC™ PE/F, такие как SYNPERONIC™ PE/F 108. Другие примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают сульфаты и сульфонаты, додецилсульфат натрия (SDS), додецилбензол сульфонат натрия, додецилнафталин сульфат натрия, диалкилбензолалкил сульфаты и сульфонаты, кислоты, такие как абиетиновая кислота, которую можно приобрести в компании Sigma-Aldrich, NEOGENR™, NEOGENSC™, которые можно приобрести в компании Daiichi Kogyo Seiyaku, их комбинации и т.п.
[0050] Другие примеры подходящих анионных поверхностно-активных веществ включают DOWFAX™ 2А1, алкилдифенилоксид дисульфонат от компании Dow Chemical Company и/или TAYCA POWER BN2060 от компании Tayca Corporation (Япония), которые представляют собой разветвленные додецилбензолсульфонаты натрия. Другие примеры подходящих катионных поверхностно-активных веществ, которые обычно положительно заряжены, включают хлорид алкилбензилдиметиламмония, хлорид диалкилбензолалкиламмония, хлорид лаурилтриметиламмония, хлорид алкилбензилметиламмония, бромид алкилбензилдиметиламмония, бензалконий хлорид, бромид цетилпиридиния, бромиды С12, С15, С17 триметиламмония, соли галоидоводородной кислоты четвертичных полиоксиэтилалкиламинов, хлорид додецилбензилтриэтил аммония, MIRAPOL™ и ALKAQUAT™, которые можно приобрести в компании Alkaril Chemical Company, SANIZOL™ (бензалконий хлорид), который можно приобрести в компании Kao Chemicals и т.п., а также их смеси. Можно использовать смеси любых двух или более поверхностно-активных веществ.
[0051] Дополнительное поверхностно-активное вещество может присутствовать в любом требуемом или эффективном количестве, согласно вариантам реализации изобретения поверхностно-активное вещество присутствует в количестве от примерно 0,01 до примерно 5 процентов по массе в пересчете на общую массу состава чернил. Следует отметить, что в некоторых случаях поверхностно-активные вещества называют диспергирующими агентами.
[0052] Подходящие поверхностно-активные вещества и смачивающие или диспергирующие агенты также включают серию TERGITOL TMN, которую можно приобрести в компании Dow, серию 15-S, которую можно приобрести в компании Dow, STRODEX PK-90, который можно приобрести в компании Ashland, многократно усиливающие растекание поверхностно-активные вещества Silwet, такие как Silwet L77, который можно приобрести в компании Momentive Performance Materials, фторированные поверхностно-активные вещества, которые можно приобрести в компании 3М. Подходящие поверхностно-активные вещества могут включать модифицированный простым полиэфиром полидиметилсилоксан, BYK 333, ионный раствор полиакрилового сополимера, BYK 381, модифицированный простым полиэфиром полидиметилалкилсилоксан, BYK 307, и модифицированный простым полиэфиром полиметилалкилсилоксан, которые можно приобрести в компании BYK Chemie GmbH.
[0053] Подходящие поверхностно-активные вещества могут включать фторсодержащие поверхностно-активные вещества, FC 4430 и 4432, которые можно приобрести в компании 3М, и ZONYL FSN, который можно приобрести в компании Du Pont, Ltd. Подходящие поверхностно-активные вещества включают DYHOL 604 от компании Air Products, Surfadone LP 100, который можно приобрести в компании ISP, SURFYNOL 2502, который можно приобрести в компании Air Products, TEGO GLIDE 410, TEGO GLIDE 100, TEGO FLOW 425, TEGO PROTECT 5000, TEGO PROTECT 5100, TEGO TWIN 4000, TEGO WET KL 245, TEGO WET 510, TEGOT WET 500, TEGO WET 270, TEGO WET 265 и TEGO TWIN 4000, доступные для приобретения в компании Degussa AG.
[0054] Подходящие поверхностно-активные вещества могут также включать THETAWET FS8050, доступный для приобретения в компании Innovative Chemical Technologies, BYK 347 и BYKDYNWET 800, доступные для приобретения в компании BYK Chemie GmbH, DYNOL 604 и DYNOL 810, доступные для приобретения в компании Air Product, SILSURF A004-AC-UP, доступный для приобретения в компании SILTECH, POLYFOX 136А, 156А и 151N, которые можно приобрести в компании OMNOVA, и CHEMGAURD S-764p, доступный для приобретения в компании Chemgaurd Chemical.
[0055] Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения можно получить с возможностью усиления прочности после переноса на подходящий для печатания субстрат, например, с промежуточного элемента переноса. В частности, чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут содержать способный к рассеиванию наноразмерный полимер или полимерные смеси, при этом указанный полимер (полимеры) содержит одну или более ненасыщенных функциональных групп, которые способны вызвать фотоотверждение готовой пленки перенесенных чернила для улучшения прочности. Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения, наноразмерный полимер или полимерная смесь (смеси), входящая в состав чернил, могут содержать высокомолекулярные водорастворимые полимеры. Молекулярная масса диспергируемых полимеров составляет от 5000 до 20000. Например, типичные варианты реализации изобретения могут включать полимеры, содержащие компонент, выбранный из группы, включающий сульфированный стирол, стирол, сложный сульфополиэфир, сложный полиэфир карбоновой кислоты, сложный полиэфир, сульфированный стирол, стирол, гликоли, многофункциональные гликоли, спирты, многофункциональные спирты, кислоты и их соли. Согласно вариантам реализации изобретения указанный способный к рассеиванию полимер может представлять собой наночастицу, размер которой составляет 1 микрон, или менее 500 нм, или менее 200 нм, или менее 20 нм. Другие варианты реализации изобретения могут включать способные к рассеиванию полимеры в виде смесей наночастиц, образующих бимодальное или тримодальное распределения в рамках одних и тех же диапазонов.
[0056] Согласно одному из вариантов реализации изобретения чернила содержат пигмент, инкапсулированный диспергируемым полимером или образующий с указанным полимером агрегатную структуру. Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения пигмент представляет собой самодиспергируемый пигмент. Например, подходящие пигменты включают черные пигменты, белые пигменты, пигменты цвета циан, пигменты цвета маджента, желтые пигменты или т.п. Кроме того, пигменты могут представлять собой органические или неорганические частицы. Подходящие неорганические пигменты включают черный углерод. Однако могут подходить и другие неорганические пигменты, такие как оксид титана, синий кобальт, (СоО-Al203), желтый крон (PbCr04) и оксид железа. Подходящие органические пигменты включают, например, азопигменты, в том числе диазопигменты и моноазопигменты, полициклические пигменты (например, фталоцианиновые пигменты, такие как фталоцианиновые голубые и фталоцианиновые зеленые пигменты), периленовые пигменты, периноновые пигменты, антрахиноновые пигменты, хинакридоновые пигменты, диоксазиновые пигменты, пигменты тиоиндиго, изоиндолиновые пигменты, пиратроновые пигменты и хинофталоновые пигменты), нерастворимые окрашивающие хелаты (например, хелаты типа основных красителей и хелаты типа кислых красителей), нитропигменты, нитрозопигменты, антантроновые пигменты, такие как PR168 и т.п.
[0057] Типичные примеры фталоцианиновых голубых и зеленых пигментов включают медный фталоцианиновый голубой пигмент, медный фталоцианиновый зеленый пигмент и их производные (голубой пигмент 15, зеленый пигмент 7 и зеленый пигмент 36). Типичные примеры хинакридонов включают оранжевый пигмент 48, оранжевый пигмент 49, красный пигмент 122, красный пигмент 192, красный пигмент 202, красный пигмент 206, красный пигмент 207, красный пигмент 209, фиолетовый пигмент 19 и фиолетовый пигмент 42. Типичные примеры антрахинонов включают красный пигмент 43, красный пигмент 194, красный пигмент 177, красный пигмент 216 и красный пигмент 226.
[0058] Типичные примеры периленов включают красный пигмент 123, красный пигмент 149, красный пигмент 179, красный пигмент 190, красный пигмент 189 и красный пигмент 224. Типичные примеры тиоиндигоидных красителей включают красный пигмент 86, красный пигмент 87, красный пигмент 88, красный пигмент 181, красный пигмент 198, фиолетовый пигмент 36 и фиолетовый пигмент 38. Типичные примеры гетероциклических желтых красителей включают желтый пигмент 1, желтый пигмент 3, желтый пигмент 12, желтый пигмент 13, желтый пигмент 14, желтый пигмент 17, желтый пигмент 65, желтый пигмент 73, желтый пигмент 74, желтый пигмент 90, желтый пигмент 110, желтый пигмент 117, желтый пигмент 120, желтый пигмент 128, желтый пигмент 138, желтый пигмент 150, желтый пигмент 151, желтый пигмент 155 и желтый пигмент 213. Указанные пигменты доступны для приобретения в форме либо порошка, либо фильтр-прессной лепешки, в нескольких источниках, в том числе компаниях BASF Corporation, Engelhard Corporation и Sun Chemical Corporation.
[0059] Примеры черных пигментов, которые можно использовать, включают углеродные пигменты. Углеродный пигмент может представлять собой практически любой коммерчески доступный углеродный пигмент, который обеспечивает приемлемую оптическую плотность и характеристики печати. Углеродные пигменты, подходящие для применения в системах и способах согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут включать, без ограничения, технический углерод, графит, стекловидный углерод, уголь и их комбинации. Такие углеродные пигменты могут быть получены различными известными способами, такими как канальный способ, контактный способ, печной способ, ацетиленовый способ или термический способ, и доступны для приобретения у таких поставщиков как компании Cabot Corporation, Columbian Chemicals Company, Evonik, и E.I. DuPont de Nemours and Company.
[0060] Подходящие пигменты на основе технического углерода включают, без ограничения, пигменты Cabot, такие как пигменты MONARCH 1400, MONARCH 1300, MONARCH 1100, MONARCH 1000, MONARCH 900, MONARCH 880, MONARCH 800, MONARCH 700, CAB-O-JET 200, CAB-O-JET 300, REGAL, BLACK PEARLS, ELFTEX, MOGUL и VULCAN; колумбийские пигменты, такие как RAVEN 5000 и RAVEN 3500; пигменты Evonik, такие как Color Black FW 200, FW 2, FW 2V, FW 1, FW18, FW S160, FW S170, Special Black 6, Special Black 5, Special Black 4A, Special Black 4, PRINTEX U, PRINTEX 140U, PRINTEX V и PRINTEX 140V. Приведенный выше перечень пигментов включает твердые частицы немодифицированного пигмента, твердые частицы пигмента, к которому прикреплены маленькие молекулы, и твердые частицы пигмента с диспергированным полимером. Кроме того, можно выбрать и другие пигменты, а также их смеси. Желательно, чтобы размер частиц пигмента был как можно меньше, что позволяет получить стабильную коллоидную суспензию частиц, например, в жидком носителе.
[0061] Красящее вещество может присутствовать в составе чернил в любом необходимом или эффективном количестве. Согласно вариантам реализации изобретения красящее вещество может присутствовать в количестве от примерно 0,05 процентов до примерно 15 процентов, или от примерно 0,1 процентов до примерно 10 процентов, или от примерно 1 до примерно 5 процентов по массе в пересчете на общую массу способного к растяжению состава чернил. Соответственно, чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения способны увеличить устойчивость пигмента, применяемого для печати с промежуточным переносом изображения.
[0062] Вязкость чернил может составлять от примерно 10 сантипуаз до примерно 1000000 сантипуаз в диапазоне температур от 20 до 50 градусов С. Указанный диапазон вязкости подходит для цифровой офсетной печати, которую можно осуществлять в диапазоне вязкости, составляющем 10 сантипуаз. После нанесения чернил на промежуточный субстрат можно вызвать изменение реологических характеристик путем удаления воды из диспергируемых полимерых чернил. При снижении от примерно 50 до 80 процентов жидкого носителя вязкость чернил может увеличиться на несколько порядков, до значений от 10000 до 1000000000 сантипуаз. При таком более высоком диапазоне вязкости чернил эффективность переноса может по существу улучшаться и составлять больше 80%, или больше 90%, или больше 95%.
[0063] Дополнительные свойства чернил включают поверхностное натяжение, которое позволяет смачивать промежуточный субстрат, и относительно повышенную плотность по сравнению с чернилами с содержанием твердой фазы, например, <25%. Поверхностное натяжение чернил составляет от 15 до 40 дин/см при 25 градусов С или в диапазоне температур от 20 до 50 градусов С. Плотность чернил зависит от нагрузки по содержанию твердой фазы и составляет от примерно 0,95 до 1,3 или от 1,1 до 1,2 г/мл.
[0064] Составы чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут содержать смесь воды и водорастворимого или смешивающегося с водой органического компонента, называемого совместным растворителем, смачивающим реагентом или т.п. (далее совместный растворитель), такого как спирты и производные спиртов, в том числе алифатические спирты, ароматические спирты, диолы, гликолевые эфиры, полигликолевые эфиры, длинноцепочечные спирты, первичные алифатические спирты, вторичные алифатические спирты, 1,2-спирты, 1,3-спирты, 1,5-спирты, простые алкиловые эфиры этиленгликоля, простые алкиловые эфиры пропиленгликоля, метоксилированный глицерин, этоксилированный глицерин, более высокие гомологи простых алкиловых эфиров полиэтиленгликоля и т.п., при этом конкретные примеры включают этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоли, глицерин, дипропиленгликоли, полиэтиленгликоли, полипропиленгликоли, триметилолпропан, 1,5-пентандиол, 2-метил-1,3,-пропандиол, 2-этил-2-гидроксиметил-1,3-пропандиол, 3-метоксибутанол, 3-метил-1,5-пентандиол, 1,3-пропандиол, 1,4-бутандиол, 2,4-гептандиол и т.п.; также подходящими являются амиды, простые эфиры, мочевина, замещенные мочевины, такие как тиомочевина, этиленмочевина, алкилмочевина, алкилтиомочевина, диалкилмочевина и диалкилтиомочевина, карбоновые кислоты и их соли, такие как 2-метилпентановая кислота, 2-этил-3-пропилакриловая кислота, 2-этилгексановая кислота, 3-этоксипропионовая кислота и т.п., сложные эфиры, органосульфиды, органосульфоксиды, сульфоны (такие как сульфолан), карбитол, бутилкарбитол, целлозольв, простые эфиры, простой монометиловый эфир трипропиленгликоля, производные простых эфиров, простые гидроксиэфиры, аминоспирты, кетоны, N-метилпирролидинон, 2-пирролидинон, циклогексилпирролидон, амиды, сульфоксиды, лактоны, полиэлектролиты, метилсульфонилэтанол, имидазол, 1,3-диметил-2-имидазолидинон, бетаин, сахара, такие как 1-деокси-D-галактитол, маннитол, инозитол и т.п., замещенные и незамещенные формамиды, замещенные и незамещенные ацетамиды и другие водорастворимые или смешивающиеся с водой материалы, а также их смеси. Согласно вариантам реализации изобретения совместный растворитель выбирают из группы, состоящей из этиленгликоля, N-метилпирролидона, метоксилированного глицерина, этоксилированного глицерина и их смесей.
[0065] При выборе в качестве жидкого носителя смесей воды и водорастворимых или смешивающихся с водой органических жидкостей диапазоны отношения воды к органической жидкости могут представлять собой любое подходящее или требуемое отношение, согласно вариантам реализации изобретения от примерно 100:0 до примерно 30:70, или от примерно 97:3 до примерно 40:60, или от примерно 95:5 до примерно 60:40. Неводный компонент жидкого носителя обычно служит в качестве смачивающего реагента или совместного растворителя, имеющего более высокую точку кипения, чем точка кипения воды (100°С). Органический компонент связующего вещества, входящего в состав чернил, может также служить для изменения поверхностного натяжения чернил, для изменения вязкости чернила, растворения или диспергирования красящего вещества и/или влияния на характеристики процесса сушки чернил.
[0066] Согласно одному из вариантов реализации изобретения состав чернил может содержать полимер, критическая температура фазового расслоения которого составляет от примерно 50 градусов Цельсия до примерно 90 градусов Цельсия. При переносе состава чернил на поверхность промежуточного элемента переноса, температура которой выше критической температуры, вязкость чернил уменьшается для усиления смачивания. Вязкость возрастает при охлаждении, что способствует улучшению переноса.
[0067] Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения можно отпечатать на подслое. Подслой может содержать любые подходящие соединения, которые могут способствовать процессу сушки и генерировать изображения с более высоким качеством печати. Это может быть обеспечено, например, путем коагуляции пигмента и/или способного к рассеиванию полимера с тем, чтобы минимизировать образование пленки на ранних стадиях сушки. Если чернила являются анионными по природе, подслой может содержать полимерные материалы, такие как полиалкиленимины и их производные, такие как полиэтиленимин. Также подходящими являются полимеры, содержащие функциональные группы, представляющие собой четверичный аммоний, или двухвалентные или трехвалентные соли металлов.
[0068] Дополнительные регулирующие рН агенты также могут быть включены в состав подслоя, при необходимости. Примеры таких регулирующих рН агентов, подходящих при применения в подслоях согласно настоящему изобретению, включают, но не ограничиваются ими, кислоты; основания, в том числе гидроксиды щелочных металлов, такие как гидроксид лития, гидроксид натрия и гидроксид калия, фосфатные соли, карбонатные соли, соли карбоновых кислот, сульфитные соли; аминовые соли; амины, такие как диэтаноламин и триэтаноламин; и их смеси и т.п.
[0069] При наличии, регулирующий рН агент предпочтительно вводят количестве до примерно 1 процента по массе и, предпочтительно, от примерно 0,01 до примерно 1 процента по массе. Подходящий выбор регулирующего рН агента позволяет улучшить эффективность коагулирующей добавки. Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения можно получить на подслое в результате коагуляции пигмента и способного к рассеиванию наноразмерного полимера, например, на промежуточном элементе переноса или поверхности центрального формирующего изображение элемента, что облегчает сушку. Наоборот, чернила предшествующего уровня техники образуют пленки, которые улавливают воду и уменьшают эффективность сушки. Составы чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения можно изготовить с возможностью формирования тонких пленок, критическое поверхностное натяжение которых составляет, например, от примерно 15 дин/см до примерно 40 дин/см.
[0070] Составы чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения содержат наноразмерную смолу, содержащую силоксан в своей главной цепи. Силоксан может присутствовать в количестве больше 10% по массе или в количестве, составляющем от примерно 2% до примерно 30% по массе. Более предпочтительно, силоксановый компонент может присутствовать в диапазоне от примерно 5% до примерно 15% по массе. Было обнаружено, что такое добавление силоксана придает самосмазываемость, что способствует высвобождению чернила с поверхности формирующего изображение элемента и одновременно содействует смачиваемости влажной чернил/пластины за счет совместимости силоксана и повышенной гидрофобности.
[0071] Чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения могут включать полимер, содержащий компонент, выбранный из группы, содержащей этиленоксид, поливиниловый спирт (PVOH) и частично гидролизованные производные PVOH. Полимер или полимеры, образующие смесь, являются вододиспергируемыми при температурах ниже 100 градусов Цельсия и, предпочтительно, при температурах от 20 до 50 градусов Цельсия. Полимер или полимеры, образующие смесь, могут содержать ненасыщенную функциональную группу. Ненасыщенная функциональная группа может включать силоксановый мономер. Согласно одному из вариантов реализации изобретения поверхностное натяжение совместного растворителя может составлять от примерно 15 дин/см до примерно 30 дин/см. Совместный растворитель можно выбрать из группы, содержащей изопропанол, метилэтилкетон и ДМСО. Вязкость чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения может составлять, например, от примерно 2,5 сантипуаз до примерно 8 сантипуаз. Верхняя критическая температура фазового расслоения полимера или полимеров, образующих полимерную смесь, может составлять от примерно 30 градусов Цельсия до примерно 50 градусов Цельсия. На фиг. 2 показана смола, содержащая сложный сульфированный полиэфир и силоксан и входящая в состав чернил согласно типичному варианту реализации изобретения, где n относится к молярной доле мономера алкилтерефталата, m относится к молярной доле мономера сульфированного алкилтерефталата, p к молярной доле мономера сложного силоксансодержащего алкилового полиэфира и x представляет собой среднюю длину цепи олигомера силоксана в каждом звене р.
[0072] В качестве примера, были получены составы чернил с низким содержанием воды на основе наноразмерного диспергируемого полимера согласно вариантам реализации настоящего изобретения. Во-первых, была получена эмульсия сложного натрсульфонатного полиэфира. Указанная эмульсия включала следующие компоненты: диметилтерефталат (388 граммов), диметил-5-сульфоизофталат натрия (44 грамма), пропандиол (302 грамма), диэтиленгликоль (34,2 грамма), триметилолпропан (3 грамма) и бутилолово оксид (0,8 грамма).
[0073] Указанные компоненты загружали в 1 л реактор Парра, оборудованный механической мешалкой и дистиллятором. Полученную смесь нагревали до 175 градусов Цельсия в течение примерно одного часа. Затем температуру повышали до 185 градусов Цельсия, и смесь нагревали в течение дополнительных трех часов. Затем температуру увеличивали до 200 градусов Цельсия и снижали давление от атмосферного давления до примерно 0,5 торр на протяжении примерно двух часов, во время которых избыток гликоля собирали в дистилляционный сборник.
[0074] Смесь выгружали в нижнюю часть сливного устройства с получением продукта сополи(1,2-пропилен-дипропилен-терефталата)-сополи(1,2-пропилен-дипропилен-5-натрсульфо-изофталата). Температура стеклования указанного продукта, представляющего собой полиэфирную смолу, составляла примерно 54,6°С, среднечисленная молекулярная масса (Mn) составляла 3500 граммов на моль и средневесовая молекулярная масса (Mw) составляла 9160 согласно измерениям методом гельпроникающей хроматографии с использованием полистирола в качестве стандарта. Затем 10 граммов полиэфирной смолы, нагревали с 50 граммами воды при 75 градусов Цельсия в течение 1 часа с получением эмульсии частиц сложного сульфированного полиэфира в воде при среднем размере примерно 50 нм.
[0075] Дисперсию водного пигмента цвета циан (17% в воде), содержащую поверхностно-активное вещество Dowfax, нагревали до 80 градусов Цельсия и добавляли в высушенный твердый продукт, представляющий собой натрсульфированную полиэфирную смолу. Смесь перемешивали в течение одного часа при комнатной температуре. Количество дисперсии и смолы, введенное в каждый из приведенных в качестве примера составов А-Е, показано в таблице 1.
[0076] 
[0077] Было обнаружено, что чернила А содержали примерно 27% твердой фазы при температуре 25 градусов Цельсия. Чернила В-Е имели более высокое содержание твердой фазы и таким образом, требовали испарение меньшего количества воды для получения сильновязкого чернила. Как было обнаружено, вязкость чернил, содержащих менее 27% воды, составляла менее 10 сантипуаз.
[0078] Составы чернил согласно вариантам реализации настоящего изобретения представляют собой пленкообразующие чернила с высоким содержанием твердой фазы на основе наноразмерных вододиспергируемых полимеров, которые подходят для цифровой печати на основе чернил с применением промежуточного элемента переноса или центрального формирующего изображение элемента, расположенных согласно архитектуре, применяемой при офсетной печати. Чернила выполнены с возможностью прочного прилипания к различным субстратам.
Пример I
[0079] Был получен водосодержащий состав чернил на основе наноразмерного диспергируемого полимера согласно вариантам реализации настоящего изобретения и исследован с применением поверхностей элементов изображения, содержащих фторсиликон, и при применении и без применения увлажняющей жидкости D4.
[0080] Была получена эмульсия сложного натрсульфонатного полиэфира-силоксана. Сополимер сложного натрсульфированного полиэфира и силоксана состоял из 3,5% натрсульфированных фрагментов и 15% по массе полисилоксана. Молярные отношения сополимера (фиг. 2) диметилтерефталата к диметилсульфоизофталату и к диметилсилоксану составляли n:m:x:p = 1.00:0.86:0.61:1.09.
[0081] Диметилтерефталат (313 граммов), диметил-5-сульфоизофталат натрия (38 граммов), 1,2-пропандиол (250 граммов), диэтиленгликоль (37,5 граммов), полидиметилсилоксан с концевыми карбометокси группами (мол. масса 1000 г/моль) и оксид бутилолова (1 грамм) загружали в 1 л реактор Парра, оборудованный механической мешалкой и дистиллятором. Смесь нагревали до 175 градусов Цельсия в течение примерно 1 часа и затем температуру повышали до 185 градусов Цельсия в течение дополнительных трех часов, во время которых побочный продукт метанол собирали в дистилляционный сборник.
[0082] Затем температуру смеси поднимали до примерно 200 градусов Цельсия и понижали давление от атмосферного давления до примерно 0,5 торр на протяжении примерно двух часов. В течение этого времени избыток гликоля собирали в дистилляционный сборник. Затем продукт выгружали через нижний сливной клапан с получением продукта, температура стеклования которого составляла примерно 55,2 градусов Цельсия, среднечисленная молекулярная масса (Mn) составляла 2237 грамм/моль, средневесовая молекулярная масса (Mw) составляла 3777 согласно измерениям методом гельпроникающей хроматографии с использованием полистирола в качестве стандарта.
[0083] Дисперсию водного пигмента цвета циан (17% в воде), содержащую поверхностно-активное вещество Dowfax, нагревали до 80 градусов Цельсия и добавляли к ней твердую (сухую) смолу, содержащую натрсульфированный полиэфир/силоксан. Смесь оставляли перемешиваться в течение 1 часа и затем охлаждали до комнатной температуры. Количества дисперсии и смолы приведены в таблице 2.
[0084] 
[0085] Чернила Н и I содержали от 28 процентов до 32 процентов твердой фазы. Реологические характеристики водных диспергируемых полимерных чернил устанавливали нагрузку по твердой фазе в диапазоне от 10 до 100 сантипуаз при возможности увеличения нагрузки по твердой фазе и вязкости. При таком диапазоне реологических характеристик чернила можно доставить с помощью анилоксового валика и доставить их легче, чем пастообразные офсетные чернила. Полагают, что испарение воды на 50% позволит обеспечить подходящие реологические характеристики для переноса изображения при офсетной печати при 57% содержании твердой фазы, 1×106 сантипуаз. Тонкие слои чернил, наносимых во время процесса цифровой печати на основе чернил, с толщиной 0,5 микрон будут способствовать быстрому испарению воды.
[0086] Чернила Н и I испытывали на перенос изображения от фторсиликоновых испытательных пластин на бумагу путем ручной прокатки по увлажняющей жидкости D4, и на перенос изображения от фторсиликона на бумагу. Фторсиликоновые испытательные пластины были получены из фторсиликона Nusil 3510 при соотношении фторсиликона к сшивающему агенту 10:1. Фторсиликоновый состав наносили поверх силиконовых субстратов и отверждали при 160 градусов Цельсия в течение 20 часов. Испытания выполняли путем раскатывания чернил Н и I на прозрачном субстрате, нанесения раскатанных чернил на пластину, затем переноса нанесенных чернил на бумагу посредством давления. Было обнаружено, что чернила частично высыхают во время проводимых вручную экспериментов и эффективно переносят изображение от испытательной пластины на бумагу. Чернила демонстрировали смачивание и отличную переносимость в частично высохшую область. Свойство быстрого высыхания воды в испытываемых чернилах, изготовленных согласно вариантам реализации настоящего изобретения, является преимуществом с точки зрения высокой скорости печатания и может быть оптимизировано путем регулирования нагрузки по твердой фазе указанных чернил.
[0087] Было обнаружено, что чернила на основе полиэфирной-силоксановой смолы блокированы D4. Полученные результаты сравнивали с результатами сравнительных испытаний чернил на основе полиэфирной смолы. Сравнение показало, что без силоксанового компонента основные чернила демонстрируют плохую смачиваемость и существенную неравномерность окрашивания и требуют добавления дополнительных компонентов для нормальной работы. Полагают, что введение силоксана повышает собственную смачиваемость чернил на основе смолы, уменьшает потребность в красящих добавках и препятствует формирование изображений, вызывающих загрязнение или нежелательные фоновые искажения.
[0088] Согласно приведенному выше описанию чернила согласно вариантам реализации настоящего изобретения применимы для процессов печати, в том числе косвенной печати, в частности, цифровой печати на основе чернил. Способы печати при применении чернил с высоким содержанием твердой фазы показаны на фиг. 3. В частности, на фиг. 3 показаны способ 300 печати с применением чернил с высоким содержанием твердой фазы. Указанные способы могут включать нанесение на стадии S3001 чернил, содержащих наноразмерный полимер или смесь наноразмерных полимеров, на формирующий изображение элемент или промежуточный элемент переноса, при этом указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, являются вододиспергируемыми; и содержание твердой фазы составляет больше 25 процентов по массе. Содержание твердой фазы может составлять от 25% до 50% по массе или может составлять более 50% по массе. Согласно одному из вариантов реализации изобретения силоксановая группа может присутствовать в количестве от 5% до 15% по массе. Поверхностное натяжение формирующего изображение элемента или промежуточного элемента переноса может предпочтительно составлять от примерно 18 дин/см до примерно 25 дин/см. Чернила согласно способам согласно вариантам реализации изобретения содержат полимер или смесь полимера, который включает силоксановый мономер. Формирующий изображение элемент или промежуточный элемент переноса может иметь поверхность, содержащую силикон или фторсиликон. Формирующий изображение элемент может представлять собой, например, компонент системы цифровой печати на основе чернил. Промежуточный элемент переноса может представлять собой компонент системы цифровой печати на основе чернил, например, показанный на фиг. 1.
[0089] На стадии S3001 нанесение может включать нанесение чернил при температуре чернил выше верхней критической температуры фазового расслоения, причем верхняя критическая температура фазового расслоения составляет от примерно 30 градусов Цельсия до примерно 50 градусов Цельсия. Кроме того, нанесенные чернила могут образовать пленку, поверхностное натяжение которой может составлять от примерно 15 дин/см до примерно 40 дин/см. Чернила можно нанести, используя, например, подсистему подачи, оборудованную анилоксовым валиком.
[0090] На стадии S3005 способы могут включать охлаждение чернил на формирующем изображение элементе или промежуточном элементе переноса. На стадии S3007 способы могут включать перенос чернил от формирующего изображение элемента или промежуточного элемента переноса на подходящий для печати субстрат, такой как бумага, картон, пластмасса или другие подходящие субстраты.
[0091] Следует понимать, что описанные выше и другие особенности и функции или их альтернативные варианты можно при желании объединить с получением многих других различных составов и рецептур, систем или применений. Кроме того, специалистами в данной области впоследствии могут быть выполнены различные непредвиденные в настоящее время или неожиданные альтернативные варианты, модификации, вариации или их улучшения.
1. Композиция чернил для процесса офсетной печати с переменными данными, в которой используют промежуточный субстрат, содержащая:
наночастицы полимера или наночастицы смеси полимеров, при этом указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, являются вододиспергируемыми, причем указанный полимер или полимер в указанной смеси содержит силоксановый мономер; и
общее содержание твердой фазы составляет примерно 25% по массе или больше,
причем композиция чернил имеет вязкость чернил от примерно 10 сантипуаз до примерно 1000000 сантипуаз в диапазоне температур от 20 градусов Цельсия до 50 градусов Цельсия, и
причем поверхностное натяжение чернил составляет от 15 до 40 дин/см при температуре 25 градусов Цельсия или в диапазоне температур от 20 до 50 градусов Цельсия.
2. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что общее содержание твердой фазы составляет от примерно 25% по массе до примерно 50% по массе.
3. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что общее содержание твердой фазы составляет более 50% по массе.
4. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что смесь полимеров содержит силоксановый мономер и один или более компонентов, выбранных из группы, состоящей из сульфированного стирола, стирола, сульфированного сложного полиэфира, сложного полиэфира карбоновой кислоты, сложного полиэфира, гликолей, многофункциональных гликолей, спиртов, многофункциональных спиртов, кислот и солей.
5. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что молекулярная масса указанного полимера или полимеров из указанной полимерной смеси составляет от 5000 до 20000.
6. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что указанный полимер или полимеры в указанной полимерной смеси содержат часть, которая растворима в воде, в количестве менее 10% по массе, и растворима в неводном жидком носителе, в количестве менее 30% по массе, при температуре от 20 до 50 градусов Цельсия.
7. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что указанный полимер или полимеры в указанной полимерной смеси содержат ненасыщенную функциональную группу, присутствующую в количестве от 5% по массе до 15% по массе.
8. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что указанный полимер или полимеры в указанной полимерной смеси содержат ненасыщенную функциональную группу.
9. Композиция чернил по п. 1, содержащая:
со-растворитель, поверхностное натяжение которого составляет от примерно 15 дин/см до примерно 30 дин/см, выбранный из группы, содержащей спирты, гликоли, алкилпирролидиноны, изопропанол, кетоны, выбранные из группы, состоящей в основном из метилэтилкетона, аминоспирта и ДМСО.
10. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что наночастицы полимеров имеют размер частиц менее 1 микрона, или менее 500 нм, или менее 200 нм, или менее 20 нм, или смеси наночастиц образуют бимодальное или тримодальное распределение.
11. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что твердая фаза чернил содержит одно вещество или смеси следующих веществ: наноразмерная полимерная смола, неорганические частицы, кремнезем, пигмент, соли, антисептик, буфер или смачивающий агент.
12. Композиция чернил по п. 1, содержащая:
самодиспергирующийся пигмент с размером частиц от 5 до 200 нм, при этом указанный пигмент химически модифицирован или инкапсулирован в смолу.
13. Композиция чернил по п. 1, отличающаяся тем, что твердая фаза содержит смолу, инкапсулирующую самодиспергирующийся пигмент, образующий наночастицы полимера.
14. Композиция по п. 1, дополнительно содержащая добавку поверхностно-активного вещества.
15. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что полимер или смесь полимеров характеризуются критической температурой фазового расслоения от примерно 50 градусов Цельсия до примерно 90 градусов Цельсия.
16. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что ее плотность составляет от примерно 0,95 до 1,3 или от 1,1 и 1,2 г/мл.
17. Композиция по п. 13, отличающаяся тем, что смола, применяемая для инкапсулирования пигмента, присутствует в количестве от 9% до 66% относительно общей массы пигмента и инкапсулирующей смолы.
18. Композиция по п. 1, отличающаяся тем, что силоксановый мономер присутствует в полимерной смеси в количестве от 5% по массе до примерно 30% по массе.
19. Способ печати с использованием силоксансодержащих чернил с высоким содержанием твердой фазы, включающий:
нанесение чернил, содержащих наночастицы полимера или наночастицы смеси полимеров, на промежуточный элемент переноса, при этом указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, являются вододиспергируемыми, причем указанный полимер или полимер в указанной смеси содержит силоксановый мономер; и общее содержание твердой фазы составляет от примерно 25% до примерно 50% по массе, причем чернила имеют вязкость от примерно 10 сантипуаз до примерно 1000000 сантипуаз в диапазоне температур от 20 градусов Цельсия до 50 градусов Цельсия, и причем поверхностное натяжение чернил составляет от 15 до 40 дин/см при температуре 25 градусов Цельсия или в диапазоне температур от 20 до 50 градусов Цельсия.
20. Способ по п. 19, дополнительно включающий промежуточный элемент переноса, поверхностное натяжение которого составляет от примерно 18 дин/см до примерно 25 дин/см.
21. Способ по п. 19, отличающийся тем, что промежуточный элемент переноса имеет поверхность, содержащую силикон или фторсиликон.
22. Способ по п. 19, в котором этап нанесения дополнительно включает:
нанесение чернил при температуре чернил выше верхней критической температуры фазового расслоения, составляющей от примерно 30 градусов Цельсия до примерно 50 градусов Цельсия;
охлаждение чернил на промежуточном элементе переноса; и
перенос чернил от промежуточного элемента переноса на подходящий для печати субстрат.
23. Способ по п. 22, в котором этап нанесения дополнительно включает формирование тонкой пленки с поверхностным натяжением от примерно 20 дин/см до примерно 30 дин/см.
24. Композиция чернил для процесса офсетной печати с переменными данными, в которой используют промежуточный субстрат, содержащая:
наночастицы полимера или наночастицы смеси полимеров, при этом указанный полимер или полимеры, образующие указанную смесь, являются вододиспергируемыми, причем указанный полимер или полимеры в указанной смеси содержат силоксановый мономер; и
общее содержание твердой фазы составляет примерно 25% по массе или больше,
причем композиция чернил имеет вязкость чернил после снижения от 0 до 80 процентов жидкого носителя, составляющую от 10000 сантипуаз до 1000000000 сантипуаз при температурах от 10 градусов Цельсия до примерно 90 градусов Цельсия, и
причем поверхностное натяжение чернил составляет от 15 до 40 дин/см при температуре 25 градусов Цельсия или в диапазоне температур от 20 до 50 градусов Цельсия.
